本發(fā)明涉及燃料電池測試輔助設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于燃料電池測試的加載及固定裝置。

背景技術(shù)：

燃料電池是一種將存儲(chǔ)在燃料中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置，具有發(fā)電效率高、清潔無污染、無噪聲以及快速啟動(dòng)等特點(diǎn)。作為未來可替代能源的最有發(fā)展前景的能源裝置，近年來有關(guān)燃料電池的相關(guān)研究不斷增多。

為了對燃料電池的性能進(jìn)行研究，在實(shí)驗(yàn)過程中需要經(jīng)常對燃料電池進(jìn)行拆分和裝配；在研究燃料電池的各種不同的裝配夾緊力對電池性能的影響時(shí)，還需要對電池的夾緊力進(jìn)行反復(fù)的調(diào)整。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)過程中，燃料電池的裝配和施加夾緊力大多是采用螺栓直接固定實(shí)現(xiàn)；由于燃料電池上固定用的螺栓數(shù)目眾多，在每次拆分和裝配過程費(fèi)力費(fèi)時(shí)，最重要的是燃料電池的性能受夾緊力的影響非常大，在施加夾緊力的過程中必須保證各螺栓施加力的均勻一致性，這在實(shí)際的裝配過程中很難得到保證。除此之外，在研究裝配力的大小對電池性能的影響時(shí)，也是分別通過對各個(gè)螺栓施加預(yù)緊力來實(shí)現(xiàn)的，整個(gè)加載力的施加過程繁冗而復(fù)雜，也不能確保各螺栓施加力的一致性。因此，針對上述現(xiàn)象，急需一種可以替代燃料電池在裝配過程中通過對每個(gè)螺栓分別進(jìn)行力的施加和固定的、同時(shí)使施加的力保持均勻一致性的裝置，以精簡燃料電池裝配夾緊的過程，并提高裝配夾緊的精度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于，針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種施力均勻、省時(shí)省力的用于燃料電池測試的加載及固定裝置。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種用于燃料電池測試的加載及固定裝置，包括箱體、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、下壓板、上壓板和多根螺桿，所述箱體的頂部安裝下壓板，下壓板與上壓板上下水平布置；所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)內(nèi)置于箱體，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸入端與外設(shè)的操作手柄相連，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸出端分別與多根螺桿的下部相連并可帶動(dòng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)，螺桿的上端穿過下壓板，分別與開設(shè)在上壓板上的螺紋孔相適配；當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，上壓板可垂直向上或向下移動(dòng)。

按上述方案，所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括第一傳動(dòng)組和第二傳動(dòng)組；所述第一傳動(dòng)組包括第一傳動(dòng)軸、主動(dòng)錐齒輪和從動(dòng)錐齒輪，主動(dòng)錐齒輪和從動(dòng)錐齒輪置于箱體的內(nèi)部；第一傳動(dòng)軸的一端伸出箱體，與操作手柄連接，操作手柄可帶動(dòng)第一傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)；第一傳動(dòng)軸的另一端穿入主動(dòng)錐齒輪的中心，與主動(dòng)錐齒輪固連；主動(dòng)錐齒輪與從動(dòng)錐齒輪嚙合，從動(dòng)錐齒輪與第二傳動(dòng)組的輸入端相連，第二傳動(dòng)組的輸出端與螺桿的下部相連并驅(qū)動(dòng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)。

按上述方案，所述第二傳動(dòng)組包括第二傳動(dòng)軸、主動(dòng)圓柱齒輪和多個(gè)從動(dòng)圓柱齒輪，每根螺桿對應(yīng)一個(gè)從動(dòng)圓柱齒輪；所述第二傳動(dòng)軸穿過從動(dòng)錐齒輪和主動(dòng)圓柱齒輪的中心，主動(dòng)圓柱齒輪與從動(dòng)圓柱齒輪嚙合，從動(dòng)圓柱齒輪固定在螺桿上；螺桿的下端安裝在箱體內(nèi)，螺桿可相對于箱體轉(zhuǎn)動(dòng)。

按上述方案，所述螺桿有四根，兩兩相對布置；所述從動(dòng)圓柱齒輪有四組，所述主動(dòng)圓柱齒輪設(shè)置在四個(gè)從動(dòng)圓柱齒輪的中心，分別與四個(gè)從動(dòng)圓柱齒輪嚙合。

按上述方案，螺桿的下部開設(shè)有第一鍵槽，第一鍵槽與設(shè)在從動(dòng)圓柱齒輪上的鍵相適配；在第一鍵槽下部的螺桿上配設(shè)螺桿軸承組，螺桿軸承組安裝于設(shè)于箱體的螺桿軸承安裝孔內(nèi)。

按上述方案，所述螺桿軸承組包括螺桿上軸承和螺桿下軸承，螺桿上軸承和螺桿下軸承均為圓錐滾子軸承，兩者面對面安裝于螺桿上。

按上述方案，第一傳動(dòng)軸上依次開設(shè)有第二鍵槽、第一傳動(dòng)軸左軸肩、第一傳動(dòng)軸右軸肩、和扭矩螺母；所述第二鍵槽與設(shè)于主動(dòng)錐齒輪上的鍵配合；在第一傳動(dòng)軸右軸肩與第一傳動(dòng)軸左軸肩之間的第一傳動(dòng)軸上裝配第一傳動(dòng)軸軸承；所述扭矩螺母與操作手柄相適配，操作手柄可轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩螺母從而帶動(dòng)第一傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。

按上述方案，第二傳動(dòng)軸自上而下依次開設(shè)有第三鍵槽、第二傳動(dòng)軸軸肩、第四鍵槽、第二傳動(dòng)軸軸環(huán)和第二傳動(dòng)軸螺紋，所述第三鍵槽與設(shè)于從動(dòng)錐齒輪上的鍵配合，第四鍵槽與設(shè)于主動(dòng)圓柱齒輪上的鍵配合；在第二傳動(dòng)軸軸環(huán)與第二傳動(dòng)軸螺紋之間分別配置有第二傳動(dòng)軸軸承組，第二傳動(dòng)軸軸承組安設(shè)于開設(shè)在箱體內(nèi)的第二傳動(dòng)軸軸承組安裝孔內(nèi)；所述第二傳動(dòng)軸螺紋與第二傳動(dòng)軸螺母配合相連。

按上述方案，在箱體上設(shè)有連接螺紋孔、第二傳動(dòng)軸孔上軸承安裝孔、第二傳動(dòng)軸軸孔、螺桿孔、螺桿軸承組安裝孔、螺桿螺紋孔和第二傳動(dòng)軸下軸承安裝孔，所述連接螺紋孔與連接螺栓相適配；所述第二傳動(dòng)軸軸孔與第二傳動(dòng)軸相適配，在第二傳動(dòng)軸軸孔上部和下部的箱體上分別開設(shè)有第二傳動(dòng)軸上軸承安裝孔和第二傳動(dòng)軸下軸承安裝孔，第二傳動(dòng)軸上軸承安裝孔內(nèi)安設(shè)第二傳動(dòng)軸上軸承，第二傳動(dòng)軸下軸承安裝孔內(nèi)安設(shè)第二傳動(dòng)軸下軸承，兩個(gè)軸承可通過箱體的凸肩輔助定位；所述螺桿孔與螺桿的上部相適配，螺桿軸承安裝孔內(nèi)安設(shè)有螺桿軸承組；螺桿螺紋孔與軸向固定螺母相適配。

按上述方案，所述第二傳動(dòng)軸上軸承和第二傳動(dòng)軸下軸承均為圓錐滾子軸承，兩者背對背安裝于第二傳動(dòng)軸上。

本發(fā)明的有益效果為：

1.將燃料電池的各個(gè)部件有序的放入上壓板和下壓板之間，通過人工施加扭矩帶動(dòng)兩個(gè)傳動(dòng)組傳動(dòng)并最終驅(qū)動(dòng)四根螺桿的同步轉(zhuǎn)動(dòng)，四根螺桿與上壓板通過螺紋相嚙合，四根螺桿的同步轉(zhuǎn)動(dòng)可帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)上壓板的上下移動(dòng)，配合下壓板夾緊固定燃料電池各組件，操作方便，省時(shí)省力；

2.本發(fā)明利用螺紋的自鎖原理將電池各部件夾緊，電池各部件之間可以牢固的配合在一起；同時(shí)，在研究燃料電池夾緊力大小對電池性能影響的實(shí)驗(yàn)時(shí)，可以通過調(diào)節(jié)夾緊力保持夾緊固定過程穩(wěn)定；

3.本發(fā)明中上壓板和下壓板可始終保持平行狀態(tài)，上壓板向下壓板移動(dòng)的過程中施加在燃料電池組件上的力在水平方向上均勻分布，有效避免了燃料電池內(nèi)部組件由于不均勻的夾緊力分布被破壞；

4.本發(fā)明利用齒輪嚙合傳動(dòng)，傳動(dòng)精度高，且結(jié)構(gòu)簡單、緊湊合理。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一個(gè)具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本實(shí)施例中上壓板的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本實(shí)施例中螺桿的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本實(shí)施例中下壓板的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為本實(shí)施例中連接螺栓的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6為本實(shí)施例中箱體的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7為本實(shí)施例中操作手柄的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8為本實(shí)施例中第一傳動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖9為本實(shí)施例中第一傳動(dòng)軸軸承的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖10為本實(shí)施例中主動(dòng)錐齒輪的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖11為本實(shí)施例中第二傳動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖12為本實(shí)施例中從動(dòng)錐齒輪的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖13為本實(shí)施例中軸向定位螺母的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖14為本實(shí)施例中密封塞的結(jié)構(gòu)示意圖。

其中：1、上壓板；1.1、螺紋孔；2、螺桿；2.1、第一鍵槽；2.2、螺桿軸肩；2.3、螺桿軸環(huán)；3、下壓板；3.1、螺栓孔；3.2、通孔；3.3、上半第一傳動(dòng)軸軸承安裝孔；4、連接螺栓；5、箱體；5.1、連接螺紋孔；5.2、下半第一傳動(dòng)軸軸承安裝孔；5.3、第二傳動(dòng)軸上軸承安裝孔；5.4、第二傳動(dòng)軸軸孔；5.5、螺桿孔；5.6、螺桿軸承組安裝孔；5.7、螺桿螺紋孔；5.8、第二傳動(dòng)軸下軸承安裝孔；6、操作手柄；7、第一傳動(dòng)軸；7.1、扭矩螺母；7.2、第一傳動(dòng)軸右軸肩；7.3、第二鍵槽；7.4、第一傳動(dòng)軸左軸肩；8、第一傳動(dòng)軸軸承；9、主動(dòng)錐齒輪；10、第二傳動(dòng)軸；10.1、第三鍵槽；10.2、第四鍵槽；10.3、第二傳動(dòng)軸軸環(huán)；10.4、第二傳動(dòng)軸螺紋；10.5、第二傳動(dòng)軸軸肩；11、從動(dòng)錐齒輪；12、主動(dòng)圓柱齒輪；13、從動(dòng)圓柱齒輪；14、螺桿上軸承；15、螺桿下軸承；16、第二傳動(dòng)軸上軸承；17、軸向固定螺母；18、第二傳動(dòng)軸下軸承；19、第二傳動(dòng)軸螺母；20、密封塞。

具體實(shí)施方式

為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步地描述。

如圖1所示的一種用于燃料電池測試的加載及固定裝置，包括箱體5、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、下壓板3、上壓板1和多根螺桿2，所述箱體5的頂部安裝下壓板3，下壓板3與上壓板1上下水平布置，箱體5的底部通過密封塞20(如圖14所示)密封；所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)內(nèi)置于箱體5，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸入端與外設(shè)的操作手柄6相連(如圖7所示)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸出端分別與多根螺桿2的下部相連并可帶動(dòng)螺桿2轉(zhuǎn)動(dòng)，螺桿2的上端穿過下壓板3，分別與開設(shè)在上壓板1上的螺紋孔1.1相適配(如圖2所示)；當(dāng)螺桿2轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，上壓板1可垂直向上或向下移動(dòng)。測試燃料電池時(shí)，將待施力的各電池組件置于上壓板1和下壓板3之間。

本實(shí)施例中，所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括第一傳動(dòng)組和第二傳動(dòng)組；所述第一傳動(dòng)組包括第一傳動(dòng)軸7、主動(dòng)錐齒輪9和從動(dòng)錐齒輪11(如圖8、圖10和圖12所示)，主動(dòng)錐齒輪9和從動(dòng)錐齒輪11置于箱體5的內(nèi)部；第一傳動(dòng)軸7的一端伸出箱體5，與操作手柄6連接，操作手柄6可帶動(dòng)第一傳動(dòng)軸7轉(zhuǎn)動(dòng)；第一傳動(dòng)軸7的另一端穿入主動(dòng)錐齒輪9的中心，與主動(dòng)錐齒輪9固連；主動(dòng)錐齒輪9與從動(dòng)錐齒輪11嚙合，從動(dòng)錐齒輪11與第二傳動(dòng)組的輸入端相連，第二傳動(dòng)組的輸出端與螺桿2的下部相連并驅(qū)動(dòng)螺桿2轉(zhuǎn)動(dòng)。所述第二傳動(dòng)組包括第二傳動(dòng)軸10、主動(dòng)圓柱齒輪12和多個(gè)從動(dòng)圓柱齒輪13，每根螺桿2對應(yīng)一個(gè)從動(dòng)圓柱齒輪13；所述第二傳動(dòng)軸10穿過從動(dòng)錐齒輪11和主動(dòng)圓柱齒輪12的中心，主動(dòng)圓柱齒輪12與從動(dòng)圓柱齒輪13嚙合，從動(dòng)圓柱齒輪13固定在螺桿2上；螺桿2的下端安裝在箱體5內(nèi)，螺桿2可相對于箱體5轉(zhuǎn)動(dòng)。

本實(shí)施例中，所述螺桿2有四根，兩兩相對布置；所述從動(dòng)圓柱齒輪13有四組，所述主動(dòng)圓柱齒輪12設(shè)置在四個(gè)從動(dòng)圓柱齒輪13的中心，分別與四個(gè)從動(dòng)圓柱齒輪13嚙合。如圖3所示，螺桿2的下部開設(shè)有第一鍵槽2.1，第一鍵槽2.1與設(shè)在從動(dòng)圓柱齒輪13上的鍵相適配，螺桿2與從動(dòng)圓柱齒輪13鍵連接。優(yōu)選地，在第一鍵槽2.1下部的螺桿2上配設(shè)螺桿軸承組，螺桿軸承組安裝于設(shè)于箱體5的螺桿軸承安裝孔5.6內(nèi)。在第一鍵槽2.1下部的螺桿2上設(shè)有螺桿軸肩2.2，螺桿軸肩2.2實(shí)現(xiàn)從動(dòng)圓柱齒輪13的定位；在螺桿軸肩2.2下部的螺桿2上設(shè)有螺桿軸環(huán)2.3；所述螺桿軸承組包括螺桿上軸承14和螺桿下軸承15，螺桿上軸承14和螺桿下軸承15分別配設(shè)在螺桿軸環(huán)2.3的兩側(cè)(螺桿上軸承14通過箱體5的凸肩輔助定位)。軸向固定螺母17與螺桿螺紋孔5.7通過螺紋相配合，并且軸向固定螺母17與螺桿下軸承15相接觸，以使得軸向固定螺母17對螺桿2起到軸向固定作用(如圖13所示)。

本實(shí)施例中，所述下壓板3與箱體5之間通過連接螺栓4連接，如圖4和圖5所示，下壓板3的四角分別開設(shè)有與連接螺栓4適配的螺栓孔3.1；下壓板3的內(nèi)表面開設(shè)有向上的凹槽，凹槽內(nèi)開設(shè)有與螺桿2相配合的通孔3.2。在下壓板3的側(cè)面開設(shè)有上半第一傳動(dòng)軸軸承安裝孔3.3，在箱體5的側(cè)面開設(shè)有下半第一傳動(dòng)軸軸承安裝孔5.2，上半第一傳動(dòng)軸軸承安裝孔3.3與下半傳動(dòng)軸軸承安裝孔5.2組成第一傳動(dòng)軸軸承安裝孔，第一傳動(dòng)軸軸承安裝孔內(nèi)安設(shè)有第一傳動(dòng)軸軸承8(如圖9所示)，第一傳動(dòng)軸軸承8與第一傳動(dòng)軸7相適配；第一傳動(dòng)軸軸承8為角接觸球軸承。

本實(shí)施例中，如圖8所示，第一傳動(dòng)軸7上依次開設(shè)有第二鍵槽7.3、第一傳動(dòng)軸左軸肩7.4、第一傳動(dòng)軸右軸肩7.2、和扭矩螺母7.1，所述第二鍵槽7.3與設(shè)于主動(dòng)錐齒輪9上的鍵配合，第一傳動(dòng)軸7與主動(dòng)錐齒輪9鍵連接；在第一傳動(dòng)軸右軸肩7.2與第一傳動(dòng)軸左軸肩7.4之間的第一傳動(dòng)軸7上裝配第一傳動(dòng)軸軸承8；所述扭矩螺母7.1與操作手柄6相適配，操作手柄6可轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩螺母7.1從而帶動(dòng)第一傳動(dòng)軸7轉(zhuǎn)動(dòng)。

本實(shí)施例中，如圖11所示，第二傳動(dòng)軸10自上而下依次開設(shè)有第三鍵槽10.1、第二傳動(dòng)軸軸肩10.5、第四鍵槽10.2、第二傳動(dòng)軸軸環(huán)10.3和第二傳動(dòng)軸螺紋10.4，所述第三鍵槽10.1與設(shè)于從動(dòng)錐齒輪11上的鍵配合，第四鍵槽10.2與設(shè)于主動(dòng)圓柱齒輪12上的鍵配合，第二傳動(dòng)軸10分別與從動(dòng)錐齒輪11和主動(dòng)圓柱齒輪12鍵連接(主動(dòng)圓柱齒輪12通過第二傳動(dòng)軸10上的第二傳動(dòng)軸軸環(huán)10.3定位)；第二傳動(dòng)軸軸肩10.5輔助從動(dòng)錐齒輪11定位，第二傳動(dòng)軸軸環(huán)10.3輔助第二傳動(dòng)軸上軸承16定位；在第二傳動(dòng)軸軸環(huán)10.3與第二傳動(dòng)軸螺紋10.4之間分別配置有第二傳動(dòng)軸軸承組，第二傳動(dòng)軸軸承組安設(shè)于開設(shè)在箱體5內(nèi)的第二傳動(dòng)軸軸承組安裝孔內(nèi)。第二傳動(dòng)軸軸承組包括第二傳動(dòng)軸上軸承16和第二傳動(dòng)軸下軸承18，第二傳動(dòng)軸上軸承16和第二傳動(dòng)軸下軸承18通過箱體5上的凸肩輔助定位；所述第二傳動(dòng)軸螺紋10.4與第二傳動(dòng)軸螺母19配合相連，且第二傳動(dòng)軸螺母19對第二傳動(dòng)軸下軸承18起固定作用。

優(yōu)選地，如圖6所示，在箱體5上設(shè)有連接螺紋孔5.1、第二傳動(dòng)軸孔上軸承安裝孔5.3、第二傳動(dòng)軸軸孔5.4、螺桿孔5.5、螺桿軸承組安裝孔5.6、螺桿螺紋孔5.7和第二傳動(dòng)軸下軸承安裝孔5.8，所述連接螺紋孔5.1與連接螺栓4相適配；所述第二傳動(dòng)軸軸孔5.4與第二傳動(dòng)軸10相適配，在第二傳動(dòng)軸軸孔5.4上部和下部的箱體5上分別開設(shè)有第二傳動(dòng)軸上軸承安裝孔5.3和第二傳動(dòng)軸下軸承安裝孔5.8，第二傳動(dòng)軸上軸承安裝孔5.3內(nèi)安設(shè)第二傳動(dòng)軸上軸承16，第二傳動(dòng)軸下軸承安裝孔5.8內(nèi)安設(shè)第二傳動(dòng)軸下軸承18，該兩個(gè)軸承可通過箱體5的凸肩輔助定位；所述螺桿孔5.5與螺桿2的上部相適配，螺桿軸承安裝孔5.6內(nèi)安設(shè)有螺桿軸承組；螺桿螺紋孔5.7與軸向固定螺母17相適配。

本發(fā)明中，所述裝置施加夾緊力夾緊固定時(shí)，第二傳動(dòng)軸10主要承受向下的軸向力，螺桿2主要承受向上的軸向力，針對這些受力特征，配設(shè)在第二傳動(dòng)軸10上的第二傳動(dòng)軸上軸承16和第二傳動(dòng)軸下軸承18均為圓錐滾子軸承，并采用背靠背安裝形式；配設(shè)在螺桿2上的螺桿上軸承14和螺桿下軸承15也均為圓錐滾子軸承，并采用面對面安裝形式，這種軸承安裝形式可使第二傳動(dòng)軸10和螺桿2承受較大的軸向力。

本發(fā)明的具體工作原理為：測試燃料電池時(shí)將需施力的組件置于上壓板1和下壓板3之間；人工轉(zhuǎn)動(dòng)操作手柄6帶動(dòng)第一傳動(dòng)軸7轉(zhuǎn)動(dòng)，第一傳動(dòng)軸7上的主動(dòng)錐齒輪9轉(zhuǎn)動(dòng)，與之嚙合的從動(dòng)錐齒輪11隨之轉(zhuǎn)動(dòng)；與從動(dòng)錐齒輪11固連的第二傳動(dòng)軸10轉(zhuǎn)動(dòng)并帶動(dòng)主動(dòng)圓柱齒輪12轉(zhuǎn)動(dòng)，與主動(dòng)圓柱齒輪12嚙合的從動(dòng)圓柱齒輪13也隨之轉(zhuǎn)動(dòng)并驅(qū)動(dòng)螺桿2旋轉(zhuǎn)，螺桿2上部的上壓板3隨著螺桿2的轉(zhuǎn)動(dòng)上下移動(dòng)，與下壓板3配合實(shí)現(xiàn)電池組件的夾緊和松開過程。

以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，本發(fā)明可以有各種更改和變換。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。